中子释放新的多孔金属氢化物的特性,用于可能的新储能应用

中子释放新的多孔金属氢化物的特性,用于可能的新储能应用

从空气中较大的化合物中分离氢等气体是制造业和能源生产的重要组成部分。但这也是一个昂贵的过程,需要大量的能源和复杂的重型机械网络才能盈利。

比利时鲁汶天主教大学的化学教授Yaroslav Filinchuk和德国慕尼黑的卡尔斯鲁厄技术研究所和Forschungsreaktor M_nchen II研究堆附属机构的研究员Michael Heere可能有解决这个问题的方法。利用美国能源部(DOE)橡树岭国家实验室(ORNL)的中子散射,菲林丘克和黑尔正在研究一种可能改变我们获取有价值工业材料方式的材料。

“我们有独特的材料。这是第一个多孔金属氢化物材料在其独特的类别,说:“菲林丘克。“我们这里有一个样本[mg(bh4)2],我们试图将它暴露在不同的气体中,看看我们是否能更好地理解它是如何吸收这些气体的。”

复合金属氢化物是由氢原子和金属原子结合而成的复合材料。金属氢化物在某些电池中很常见,它们被用来储存氢。但是硼氢化镁的孔隙使得它成为储氢的一个特别好的工具,使得这种物质能够吸收大量的氢,这是液态氢的两倍多。更重要的是,这些孔是过滤分子的完美尺寸,如氪和氙,从对方或更大的化合物,潜在地消除了目前用于冷却、捕获、分离和储存工业气体的重型制冷设备的需要。

“当你有了可以储存这么多氢气并可能分离出有价值的工业气体的东西时,这是非常令人兴奋的,”Heere说。

中子特别适合这种类型的研究,因为它们能深入穿透复杂的金属氢化物,如镁(bh4)2,并且对氢等轻元素极为敏感。

利用最近升级的广角中子衍射仪(Wand2),即Ornl的高通量同位素反应堆(HFIR)的束线HB-2c,Filinchuk和Heere可以精确地定位氢分子,因为它们与材料表面相互作用,即使这些粒子被金属氢化物化合物中较大的原子遮挡。

“这对我们来说是一种新的实验。仪器科学家MatthiasFrontzek说:“由于我们进行了升级,包括安装了一个新的探测器,将仪器的效率提高了15倍,我们能够前所未有地详细研究这些相互作用。”

“中子给我们一个很好的印象,我们的物质和我们所接触的气体发生了什么。我们可以看到分子进出MG(BH4)2的毛孔,就像钥匙穿过锁一样。

这项实验尤其具有挑战性,其特点是Ornl员工在帮助Filinchuk和Heere准备项目时必须考虑到一些独特的技术危害。

橡树岭国家实验室就是这样一个地方,你可以让这些复杂的实验发生。人们愿意投入时间来帮助用户安全地进行具有挑战性的科学研究,”仪器科学家西蒙·金伯解释说。

尽管Filinchuk和Heere注意到,在他们全面了解MG(BH4)2的能力之前,还有很多研究要做,但他们希望他们的数据会有影响。

Heere说:“我们希望不仅对工业做出有意义的贡献,而且对材料科学领域做出总体贡献。”

hfir是美国能源部科学用户设施办公室。UtBattelleLLC为能源部科学办公室管理ORNL。科学办公室是美国物理科学基础研究的唯一最大支持者,正在努力解决我们这个时代最紧迫的一些挑战。

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